Einschränkungen bezüglich Leuchtmitteln und Empfehlungen

Der tatsächlich von Leuchten aufgenommene Strom

Risiko

Bei der Erstellung einer Anlage sollte dieser Wert als erstes festgelegt werden, da sonst die Wahrscheinlichkeit einer Auslösung von Überlastschutzeinrichtungen und somit des Ausfalls der Beleuchtungsanlage sehr hoch ist.

Bei der Bestimmung dieses Wertes ist die Stromaufnahme aller Komponenten zu berücksichtigen, besonders für Anlagen mit Beleuchtung durch Leuchtstofflampen, da die verbrauchte Leistung der Vorschaltgeräte zu der der Lampen hinzugefügt werden muss.

Lösung

Es sei daran erinnert, dass in einer Beleuchtungsanlage mit Glühlampen die Netzspannung mehr als + 6 % des Nennwertes betragen kann, was dann zu einer Erhöhung des aufgenommenen Stromes führen würde.

Bei Beleuchtungsanlagen mit Leuchtstofflampen kann (wenn nicht anders festgelegt) die Leistung der magnetischen verlustarmen Vorschaltgeräte auf 25 % der Lampenleistung festgelegt werden. Bei elektronischen Vorschaltgeräten ist diese Leistung kleiner (ca. 5 bis 10 %).

Die Ansprechwerte für die Überstromschutzeinrichtungen sollten daher entsprechend der Gesamtleistung und dem Leistungsfaktor(für jeden Stromkreis) berechnet werden.

Einschaltüberströme

Risiko

Zur Steuerung und zum Schutz von Beleuchtungsstromkreisen werden Einrichtungen wie z.B. Relais, Triacs, Fernschalter, Schütze oder Leistungsschalter eingesetzt.

Die Haupteinschränkung im Zusammenhang mit diesen Geräten ist die Einschaltstromspitze.

Diese Stromspitze hängt nicht nur von der Technik der verwendeten Leuchtmittel ab, sondern auch von den Anlageneigenschaften (Leistung des Versorgungstransformators, Kabellängen, Lampenanzahl) und vom Einschaltzeitpunkt innerhalb der Netzspannungsperiode. Eine hohe Stromspitze kann, obwohl sie nur sehr kurzzeitig auftritt, zum Zerstören der Kontakte eines elektromechanischen Steuergerätes oder zur Zerstörung von Schaltern mit Halbleiterkomponenten führen.

Zwei Lösungen

Aufgrund des Einschaltstroms sind die meisten normalen Relais für die Spannungsversorgung von Leuchtmitteln nicht geeignet. Daher wird im Allgemeinen Folgendes empfohlen:

• Begrenzte Anzahl der Lampen, die an ein einziges Gerät angeschlossen werden können, so dass deren Gesamtleistung kleiner ist, als die maximal zulässige Leistung für das Gerät.
• Klären Sie mit dem Hersteller, welche Betriebskenndaten sie für die Geräte vor-schlagen. Diese Vorsichtsmaßnahme ist besonders wichtig, wenn Glühlampen durch Kompakt-Leuchtstofflampen ersetzt werden.

Als Beispiel gibt die Tabelle in Abb. N49 die maximale Anzahl kompensierter röhrenförmiger Leuchtstofflampen an, die durch verschiedene Geräte mit einem Bemessungsstrom von 16 A gesteuert werden können. Es ist zu beachten, dass die Anzahl gesteuerter Lampen unterhalb der Anzahl liegt, die der maximalen Leistung für die Geräte entspricht.

Erforderliche Lampenleistung (W)	Anzahl der Lampen entsprechend der Leistung 16 A x 230 V	Maximale Anzahl der Lampen, die gesteuert werden können durch
		Schütze GC16 A CT16 A	Fernschalter TL16 A	Leistungs- schalter C60-16 A
18	204	15	50	112
36	102	15	25	56
58	63	10	16	34

Abb. N49 – Die Anzahl der gesteuerten Lampen liegt unterhalb der Anzahl, die der maximalen Leistung für die Geräte entspricht

Es ist jedoch eine Technik zur Begrenzung der Einschaltstromspitze von kapazitiven Stromkreisen (magnetische Vorschaltgeräte mit Parallelkompensation und elektronische Vorschaltgeräte) bekannt. Diese Technik besteht darin, das Einschalten bei Nulldurchgang der Netzspannung zu gewährleisten. Nur Schalter mit Halbleiterkomponenten bieten diese Möglichkeit (siehe Abb. N50a). Diese Technik hat sich bei der Planung neuer Beleuchtungsstromkreise als besonders sinnvoll erwiesen.

Die neuesten Entwicklungen haben Gerätekombinationen hervorgebracht, die einen Halbleiterschalter (Einschalten bei Nulldurchgang der Spannung) und ein elektromechanisches Schütz kombinieren, wobei das Schütz den Halbleiterschalter kurzschließt (Reduzierung der Verluste in den Halbleitern) (siehe Abb. N50b).

Abb. N50 – Examples of control devices (Schneider Electric brand)

• 

  [a] „Standard” iCT+ Schütz

• 

  [b] iCT+ Schütz mit Handbetätigung, Drucktaster zum Wählen des Betriebsmodus und Lampe zur Anzeige des aktiven Betriebsmodus

• 

  [c] und iTL + Fernschalter

Maximale Anzahl der an Fernschalter iTL 16 A und iTL 32 A der Firma Schneider Electric angeschlossenen Lampen (einphasige 230 V-Versorgung)

Lampentyp	Lampenleistung (W)	iTL 16A	iTL 32A
Standard-Glühlampe	40	40	106
	60	25	66
	75	20	53
	100	16	42
	200	8	21
	Gesamtleistung	1600 W	4260 W
Halogen-Glühlampe	300	5	13
	500	3	8
	1000	1	4
	1500	1	2
	Gesamtleistung	1500 W	4000 W
Niedervolt-Halogen	20	70	180
	50	28	74
	75	19	50
	100	14	37
	Gesamtleistung	1400 W	3700 W
Unkompensierte Leuchtstofflampe	18	70	186
	36	35	73
	58	21	55
	Gesamtleistung	1300 W	3400 W
Kompensierte Leuchtstofflampe	18	50	133
	36	25	66
	58	16	42
	Gesamtleistung	930 W	2400 W
Kompensierte Leuchte mit zwei Leuchtstoff- lampen	2 x 18	56	148
	2 x 36	28	74
	2 x 58	17	45
	Gesamtleistung	2000 W	5300 W
Leuchtstofflampe mit elektronischem Vorschaltgerät	16	80	212
	32	40	106
	50	26	69
	Gesamtleistung	1300 W	3400 W
Kompensierte Leuchte mit zwei Leuchtstoff- lampen und elektroni- schem Vorschaltgerät	2 x 16	40	106
	2 x 32	20	53
	2 x 50	13	34
	Gesamtleistung	1400 W	3400 W
Niederdruck-Natrium- dampflampe	55	24	63
	90	15	40
	135	10	26
	180	7	18
	Gesamtleistung	1300 W	3400 W
Hochdruck-Natriumdampf- lampe, Halogen-Metall- dampflampe	250	5	13
	400	3	8
	1000	1	3
	Gesamtleistung	1300 W	3400 W

Abb. N51 – Maximale Anzahl der an Fernschalter der Firma Schneider Electric iTL 16 A und iTL 32 A angeschlossenen Lampen

Maximale Anzahl der an modulare Schütze vom Typ GC und iCT der Firma Schneider Electric angeschlossenen Lampen (einphasige 230 V-Versorgung)

Lampentyp	Lampen- leistung (W)	GC16A iCT16A	GC25A iCT25A	GC40A iCT40A	GC63A iCT63A
Standard- Glühlampe	40	38	57	115	172
	60	30	45	85	125
	75	25	38	70	100
	100	19	28	50	73
	150	12	18	35	50
	200	10	14	26	37
Halogen- Glühlampe	300	7	10	18	25
	500	4	6	10	15
	1000	2	3	6	8
Niedervolt-Halogen	20	15	23	42	63
	50	10	15	27	42
	75	8	12	23	35
	100	6	9	18	27
Unkompensierte Leuchtstofflampe	18	22	30	70	100
	36	20	28	60	90
	58	13	17	35	56
Kompensierte Leuchtstofflampe	18	15	20	40	60
	36	15	20	40	60
	58	10	15	30	43
Kompensierte Leuchte mit zwei Leuchtstoff- lampen	2x18	30	46	80	123
	2x36	17	25	43	67
	2x58	10	16	27	42
Leuchtstofflampe mit elektronischem Vorschaltgerät	18	74	111	222	333
	36	38	58	117	176
	58	25	37	74	111
Kompensierte Leuchte mit zwei Leuchtstoff- lampen und elektroni- schem Vorschaltgerät	2x18	36	55	111	166
	2x36	20	30	60	90
	2x58	12	19	38	57
Niederdruck-Natrium- dampflampe	18	14	21	40	60
	35	3	5	10	15
	55	3	5	10	15
	90	2	4	8	11
	135	1	2	5	7
	180	1	2	4	6
Hochdruck-Natrium-, dampflampe, Halogen-Metall- dampflampe	70	6	9	18	25
	150	6	9	18	25
	250	2	4	8	12
	400	2	3	6	9
	1000	1	2	4	6

Abb. N52 – Maximale Anzahl der an modulare Schütze vom Typ GC und iCT der Firma Schneider Electric angeschlossenen Lampen

Maximale Anzahl der an Leitungsschutzschalter C60N/C120 der Firma Schneider Electric angeschlossenen Vorschaltgeräte (Anzahl an Leuchten pro Außenleiter, mit einer 230/400V-Versorgung)

Die folgenden Daten (siehe Abb. N53) beziehen sich auf Auslösekennlinien D (magnetische Auslösung zwischen 10 und 14 I_n) für die zulässige maximale Anzahl anzuschließender Geräte. Ein sicherer thermischer Schutz ist vorhanden und es besteht kein Risiko einer unerwünschten Auslösung beim Einschalten.

Gerät	Lampen- leistung (W)	Bemessungsstrom des Leistungsschalters (A)
		1	2	3	6	10	16	20	25	32	40	50	63	80	100
Magnetisches Vorschaltgerät ohne Kompensation	18	4	9	14	29	49	78	98	122	157	196
	36	2	4	7	14	24	39	49	61	78	98
	58	1	3	4	9	15	24	30	38	48	60
Magnetisches Vorschaltgerät mit Kompensation	18	7	14	21	42	70	112	140	175	225	281	351	443	562	703
	36	3	7	10	21	35	56	70	87	112	140	175	221	281	351
	58	2	4	6	13	21	34	43	54	69	87	109	137	174	218
	2x18	3	7	10	21	35	58	70	87	112	140	175	221	281	351
	2x36	1	3	5	10	17	26	35	43	56	70	87	110	140	175
	2x58	1	2	3	6	10	17	21	27	34	43	54	68	87	109
Elektronisches Vorschaltgerät	18	5	11	17	35	58	93	117	146	186	230	290	366
	36	4	8	13	26	43	71	90	113	144	179	226	284
	58	2	5	10	20	33	58	68	85	109	136	171	215
	2x18	4	8	13	26	43	71	90	113	144	179	226	184
	2x36	2	5	8	15	26	44	55	69	88	110	137	173
	2x58	1	5	5	11	18	30	38	47	61	76	95	120

Abb. N53 – Maximale Anzahl der an Leitungsschutzschalter C60N/C120 der Firma Schneider Electric angeschlossenen Vorschaltgeräte

Überlast des Neutralleiters

Risiko

In einer Anlage, die z.B. zahlreiche röhrenförmige Leuchtstofflampen mit elektronischen Vorschaltgeräten enthält, die zwischen Außenleitern und Neutralleiter versorgt werden, kann ein hoher prozentualer Anteil der Oberschwingungsströme der 3. Ordnung zu einer Überlast des Neutralleiters führen. Abb. N54 enthält eine Übersicht typischer Werte der 3. harmonischen Oberschwingung im Bereich von Beleuchtungsanlagen.

Lampentyp	Typische Leistung	Technik	Typisch. H3-Wert
Glühlampe mit Dimmer	100 W	Lichtdimmer	5 bis 45 %
Niedervolt- Halogenlampe	25 W	Elektronischer Kleinspan- nungstransformator	5 %
Röhrenförmige Leuchtstofflampe	100 W	Magnetisches Vorschaltgerät	10 %
	< 25 W	Elektronisches Vorschaltgerät	85 %
	> 25 W	mit Kondensator	30 %
Entladungslampe	100 W	Magnetisches Vorschaltgerät	10 %
		Elektronisches Vorschaltgerät	30 %

Abb. N54 – Übersicht typischer Werte der 3. harmonischen Oberschwingung im Bereich von Beleuchtungsanlagen

Lösung

Bei solchen Anlagen sollte immer die Verwendung eines Neutralleiters mit kleinerem Querschnitt vermieden werden, wobei in solchen Bereichen N und Außenleiter bis 10 mm² den gleichen Querschnitt haben müssen (IEC 60364-4 (VDE 0298-4)).

Bezüglich der Überstromschutzeinrichtungen wird empfohlen, vierpolige Leitungsschutzschalter mit geschütztem Neutralleiter zu verwenden (außer im TN-C-System, in dem der PEN-Leiter, ein kombinierter Neutral- und Schutzleiter ist und nicht getrennt werden darf).

Dieser Gerätetyp kann ebenso bei Auftreten eines Fehlers eingesetzt werden, um alle Pole auszuschalten, wenn die Leuchten einen gemeinsamen Neutralleiter im Drehstromkreis verwenden.

Ein Hauptschalter sollte daher den Außenleiter- und Neutralleiterstromkreis gleichzeitig unterbrechen.

Ableitströme zur Erde

Risiko

Beim Einschalten verursachen die Ableitströme der elektronischen Vorschaltgeräte Reststromspitzen, die zu unerwünschten Auslösungen bei einigen Typen von Schutzeinrichtungen führen können.

Zwei Lösungen

Es wird die Verwendung von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) in pulsstromsensitiver und stoßstromfester Ausführung empfohlen (siehe Abb. N55).

Für eine neue Anlage ist es sinnvoll, Halbleiter- oder Gerätekombinationen (Schütze und Fernschalter) einzusetzen, die diese Art von Strömen reduzieren (Einschalten im Nulldurchgang der Spannung).

Abb. N55 – s.i.-Fehlerstromschutzeinrichtung, superimunisiert (Schneider Electric)

Überspannungen

Risiko

Wie bereits in vorherigen Abschnitten beschrieben wurde, verursacht das Einschalten eines Beleuchtungsstromkreises einen vorübergehenden Zustand, der durch einen großen Überstrom gekennzeichnet ist. Dieser Überstrom geht mit einer starken Spannungsschwankung an den Anschlussklemmen der an diesen Stromkreis angeschlossenen Verbraucher einher.

Diese Spannungsschwankungen können sich nachteilig auf den einwandfreien Betrieb empfindlicher Verbraucher auswirken (z.B. Computer, Temperatursteuerungen).

Lösung

Es wird empfohlen, die Stromversorgung dieser empfindlichen Verbraucher von der Stromversorgung des Beleuchtungsstromkreises zu trennen.

Empfindlichkeit von Leuchtmitteln gegenüber Störungen der Netzspannung

Kurze Unterbrechungen

Risiko

Entladungslampen benötigen nach Aus- und Wiedereinschalten der Spannungsversorgung einige Minuten, bevor ihre volle Lichtstärke wieder vorhanden ist.

Lösung

Sicherstellung einer Grundbeleuchtung durch Leuchtmittel, die eine direkte Wiedereinschaltung nach einer Spannungsunterbrechung ermöglichen, wie z.B. Glühlampen, röhrenförmige Leuchtstofflampen oder Entladungslampen mit einer Einrichtung zur sofortigen Wiederzündung. Wenn besondere Betriebsverhältnisse vorliegen, ist es empfehlenswert, für die Sicherstellung der Grundbeleuchtung einen getrennten Stromkreis vorzusehen.

Spannungsschwankungen

Risiko

Die meisten Leuchtmittel (außer von elektronischen Vorschaltgeräten versorgte Lampen) sind empfindlich gegenüber schnellen Schwankungen der Versorgungsspannung. Diese Schwankungen verursachen ein Flimmern der Lampen, das unangenehm für die Anwender ist und sogar zu erheblichen Problemen führen kann. Diese Probleme hängen sowohl von der Frequenz als auch von der Stärke der Schwankungen ab.

Die IEC 61000-2-2 (VDE 0839-2-2) („Verträglichkeitspegel für niederfrequente leitungsgeführte Störgrößen in öffentlichen Niederspannungsnetzen”) legt die maximal zulässige Größe von Spannungsschwankungen bezogen auf die Anzahl der Schwankungen pro Sekunde oder pro Minute fest.

Diese Spannungsschwankungen werden hauptsächliche durch leistungsstarke, schwankende Lasten verursacht (Lichtbogenöfen, Schweißmaschinen, Anlasser).

Lösung

Zur Reduzierung von Spannungsschwankungen können spezielle Methoden angewandt werden. Dennoch ist es ratsam, Beleuchtungsstromkreise, wenn möglich, über eine separate Netzversorgung zu speisen. Die Verwendung elektronischer Vorschaltgeräte wird für anspruchsvolle Anwendungen empfohlen (Krankenhäuser, Reinräume, Untersuchungszimmer, Bildschirmarbeitsplätze usw.).

Entwicklungen im Bereich Schutz- und Steuereinrichtungen

In Beleuchtungsanlagen kommen immer häufiger Dimmer zum Einsatz, wodurch die Verwendung von elektronischen Vorschaltgeräten (EVGs) in Leuchtstofflampen obligatorisch ist.

Dieser Anwendungsbereich und die zuvor benannten Bereiche, in denen elektronische Vorschaltgeräte empfohlen oder teilweise auch gefordert werden, führt dazu, dass die Einschränkung bezüglich der hohen Einschaltströme verringert wird und somit die Leistungsreduzierung von Schutz- und Steuereinrichtungen an Bedeutung verliert.

Um den neuen Anforderungen durch den Einsatz von EVGs und anderen elektronischen Betriebsmitteln gerecht zu werden, wurden neue Schutzeinrichtungen entwickelt, z.B. besonders pulsstromfeste Leistungsschalter und Fehlerstromschutzeinrichtungen der Firma Schneider Electric, wie z.B. Fehlerstromschutzschalter vom Typ Fi-Si und Leistungsschalter mit einem Auslöseblock Vigi. Durch die Weiterentwicklung von Schutz- und Steuereinrichtungen wurden bei einigen Geräten Optionen geschaffen, wie z.B. Fernsteuerung, 24-Std.-Management, Beleuchtungssteuerung, Energiesparmodus usw.